上轉(zhuǎn)換NaYF4-金屬?gòu)?fù)合納米材料的合成及其性能研究.pdf

1、稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換納米材料，具有用近紅外光激發(fā)而發(fā)射多色可見(jiàn)光的特殊性能，被人們廣泛地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)、疾病診斷、激光技術(shù)、光纖通訊等領(lǐng)域，引起了學(xué)者們的極大關(guān)注。以NaYF4為基質(zhì)材料的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米晶，是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)光效率最高的材料。目前，雖然在非極性溶劑中已經(jīng)能合成形貌規(guī)則的NaYF4納米晶，但這些納米晶具有疏水性表面，在生物應(yīng)用中存在相容性等問(wèn)題，成為技術(shù)上發(fā)展的阻礙。用簡(jiǎn)單的水溶液法來(lái)制備高質(zhì)量、且具親水性表面的稀土上轉(zhuǎn)

2、換納米材料，非常具有挑戰(zhàn)性。另一方面，由于單一的上轉(zhuǎn)換材料僅具有熒光功能，如何與其他功能材料進(jìn)行有機(jī)復(fù)合，形成多功能納米材料，以滿足不同領(lǐng)域的需求，也是當(dāng)前需要解決的一個(gè)問(wèn)題。
　　金屬納米材料擁有特殊的等離子共振性能、超強(qiáng)的穩(wěn)定性和生物相容性，已被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、能源、催化、電子和生物等領(lǐng)域。將貴金屬與稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒相結(jié)合，是近幾年學(xué)者們最感興趣的研究領(lǐng)域之一。當(dāng)稀土上轉(zhuǎn)換材料被金屬納米材料表面修飾后，一方面，上轉(zhuǎn)換材料的

3、生物相容性得到了改善，滿足了生物應(yīng)用的需要;另一方面，金屬材料可以有效地通過(guò)等離子共振來(lái)提高材料的熒光性能。這種復(fù)合材料有望在多個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。但如何制備高質(zhì)量的上轉(zhuǎn)換/金屬?gòu)?fù)合納米，依然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
　　本論文介紹了一種便利的表面改性和材料復(fù)合的方法，可在稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的表面進(jìn)行改性、再直接復(fù)合金屬納米材料在其殼層。首先，為了使獲得的材料具有較高的生物相容性，我們通過(guò)水熱碳化葡萄糖溶液的方法，對(duì)疏水性的NaYF4:Y

4、b，Er納米顆粒進(jìn)行了表面改性，制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的親水NaYF4:Yb，Er@C納米晶。這種改性方法，不僅將上轉(zhuǎn)換顆粒的疏水性表面轉(zhuǎn)換成了親水性表面，而且使其表面擁有了豐富的官能團(tuán)（如羥基和羧基），滿足了材料嫁接各類(lèi)生物分子的需要。我們也研究了葡萄糖的濃度、表面活性劑的量等因素對(duì)包覆顆粒形貌的影響，探索了控制C殼層厚度的方法。
　　其次，我們?cè)谝勋@得的親水性NaYF4:Yb，Er@C納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種制備N(xiāo)aYF4:Y

5、b，Er@C@Au和NaYF4:Yb，Er@C@Ag復(fù)合材料的方法。我們利用C層（碳水聚合物）的特殊結(jié)構(gòu)，成功把Au/Ag納米顆粒修飾到C層上。其中，Au納米顆粒修飾的NaYF4:Yb，Er@C復(fù)合材料，可以通過(guò)改變金屬離子的電性，來(lái)實(shí)現(xiàn)Au裹覆在顆粒表面和Au嵌入在顆粒殼層內(nèi)兩種結(jié)構(gòu)，即外裹型和內(nèi)嵌型。通過(guò)調(diào)節(jié)Au納米顆粒的數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)上轉(zhuǎn)換顆粒的不同發(fā)光峰強(qiáng)度的調(diào)控。另外，我們還測(cè)試了材料的細(xì)胞相容性和其在細(xì)胞成像上的應(yīng)用。結(jié)果顯

6、示，這種復(fù)合的納米結(jié)構(gòu)，在生物成像、熒光檢測(cè)等方面有著潛在的應(yīng)用前景。使用Ag納米顆粒修飾的NaYF4:Yb，Er@C復(fù)合材料，我們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)調(diào)節(jié)殼層的厚度或Ag顆粒的量，來(lái)實(shí)現(xiàn)吸收曲線的紅移，紅移的范圍可以到達(dá)近紅外區(qū)域。這種特性的復(fù)合材料，在光熱治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂休^好的應(yīng)用前景。
　　此外，我們還開(kāi)發(fā)了一種制備親水性NaYF4納米棒的簡(jiǎn)單方法。在這種方法中，我們使用疏水性NaYF4納米微球作為前驅(qū)體，通過(guò)表面活性劑輔